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Verfahren zum Vergießen von Metallschmelzen Die Erfindung bezieht
sich allgemein auf Verhesserungen beim Gießen von geschmolzenen Metallen, insbesondere
in der Stahlerzeugungaindustrie. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf
ein Gießverfahren, bei welchem das zu gießende flüssige Metall zunächst einer Unterdruck-Entgasung
unterzogen wird.
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Bei der Druchführung von Metall-Gießverfahren, bei welchen die Metallschmelze
zunächst einer Unterdruet-Entgasung unterworfen wird, treten Schwierigkeiten bei
der Handhabung eines zufriedenstellenden Metallschmelzenstroms auf. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn der Metallschmelzenstrom aus der evakuierten Entgasungskammer
zu der einen wesentlich höheren Druck besitsenden Atmosphärenluft ausgetragen wird.
Bishar wer es zum Austragen der Metallschmelze aus einer Entgasungskammer bei Aufrechterhaltung
des evakuierten Zustands der Kammer orforderlioh, einen barometrischen Staudruck
der Metallschmelze, typischerweise eine Säule von etwa 1,2 - 1,5 m Höhe, deren genaus
Höhe vom Druckgefälle zwischen dem Inneren und der außenseite der Entgasungskammer
abhängt, und zusätzlich eine weiters Stauhöhe von etwa 457 - 610 mm zur Unterstützung
des Metallflusses in der Entgasungskammer aurrechtzuerhalten, um die Metallschmelze
über den bodenseitigen Gießauslaß ausströmen zu lassen. Der Grund hierfür liegt
selbstverständlich darin, daß der höhere Atmesphärendurck
außerhalb
der Entgasungsrammer eine Kraft ausübt, welche ständig bestrebt ist, die Matallschmelze
in die Unterdruckkammer zurückzudrücken. Zur Überwindung dieser atmosphärischen
Durckkraft wurden bieher lange, mit feuerfestem Material ausgefütterte, beheizte
baromstische Schenkel, wie diejenigen gemäß den USA-Patentschriften 2 837 790, 2
734 240 und 3 146 288, zwischen dem Auslaß und dem Hauptteil der Entgasungskammer
vorgesehen. Diese varometrischen Schenkel lieferten zwar die erforderliche Abwärte-Austragkraft,
aber mit baträchtlichem Kestenaufwand. Derartige Schenkel erfordern nicht nur große
zusätzliche Mengen an feuerfestem Material und führen nicht nur zu beträchtlichen
Wärmeverlusten, sondern machen auch die einwandfreie Unterdruck-Entgasung der in
der Größenordnung von einigen Tonnen liegenden Anfangsmenge der durch die Entgasungskammer
hindurchgeleiteten Metallschmelzen-Charge unmöglich.
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Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung eines
Verfahrens zur Steuerung des Durchflusses der Metallschselze durch des Ausguß bzw.
das Mundstück eines Gieß- bzw. Zwischentrichter oder eine andere Unterdruck-Gießeinrichtung,
welches die langen barometrischen Schenkel überflüssig macht sowie einfach und vergleichskostensparend
ist und das beim Gießen entwader unter Hormal-Luftdruck oder unter Vakuum die Verwendung
von zusätzlichen Gießkästen vermeidet, die Motwendigkeit für zusätzliches feuerfestes
Material praktisch ausschaltet, Wärmeverluste beträchtlich herabsetzt und die Unterdruck-Entgasung
der gasamten durch die Entgasungskammer hindurchgeleiteten Matallschmelzen-Charge
bis auf einige wenige Kilogramm dieser Qhzrg ermöglicht.
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Diese und anders Aufgaben werden beim erfindungstemäßen Verfahren
dadurch gelöst, daß auf die Matellschmelze
abwärts gerichtete elektromagnetische
Kräfte ausgeübt werden, um einen elektromagnetischen Druck zu erzeugen, der größer
ist als der Unterschied zwischen dem durch das Druckgefälle außerhalb und innerhalb
der Entgasungskammer erzeugten Unterdruck-Staudruck und dem durch die Metalischmelze
in der Entgasungskammer erseugten ferrostatischen Staudruck. In bevorzugter Ausführungsform
wird diese Kraft in Abhängigkeit von Änderungen im Umgebungsluft-Austragdruck und
im Staudruck der Metallschmelze innerhalb der Entgasungskammer variiert und wird
diese Kraft weiterhin in der Weise gesteuert, daß im Ausguß bzw. im Mundstück Metall
zurückgehalten wird, um die Entgasungskammer wirksam abzudichten und sie so in evakuiertem
Zustand zu halten.
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Im folgenden ist die Brfindug in einem bevorzugten Ausfüjhrungsbeispiel
anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen teilweise weggebrochenen Schnitt durch eine
Ausführungsform einer Gießvorrichtung und zur schematischen Darstellung der kontinuierlichen
Umwandlung der Metallschmelze in einen Gußetrang unter Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, in vergrößertem
Maßstab, und Pig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgeiäßen
Verfahrens Bei einer in den Fig. 1 und dargestellten bevorzugten Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durohführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das obere
ende eines
herkönlichen, kontinuierlich arbeitenden Gießtrichters
2 unter Abdichtung in eine Unterdruckhaube bzw. Entgasungskammer 4 eingebaut. Eine
nicht dargestellte Unterdruck-Pumpe ist an der einen Seite der Entgasungskammer
an einen Auslaß 6 angeschlossen, um die Gase in der durch den Pfeil A angedeuteten
Richtung abzusaugen.
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An der Oberseite der Entgasungakammer 4 ist außerdem unter Abdichtung
ein Unterdruck-Deckel 8 mit einer Öffnung 10 und einem Sichtrohr 12 angeordnet.
Auf diesen Deckel 8 ist eine mit einem bodenseitigen, gesteuerten Gielstopfen versehens
Gießpfanne 14 aufgesetzt, die einen verstellbaren Stopfen 16 zum Öffnen und Sohließen
einer Auslaßöffnung im Boden der Gießpfanne 14 und zur Regulierung des Matallschmelzenatroms
N aus der Gießpfanne durch die Entgasungskammer 4 und in den Gießtrichter 2 hinein
aufweist.
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An einer Unterseite ist der Gießtrichter 2 mit einem verengten Ausguß-
bzw. Mundstück-Abschnitt 18 und einer Ausguß-Verlängerung 24 versehen, die einen
zylindrischen Durchgang 19 aufweisen, in welchem eine Säule C der Metallschmelze
unter Abdichtung des Auslasses festgelegt ist. Die Ausguß-Verlängerung 24 weist
einen oberen flansch 24a auf, der beispielsweise mittels Schrauben 23 an einem zugeordneten
Flansch 25 des Trichter-Ausgusses 18 befestigt sein kann. An ihrer Unterseite ist
die Au8-guß-Verlängerung 24 mit einem weiteren Flansch 24b versehen, an welchem
mit Hilfe von Schrauben 28 ein Abschluß-bzw. Bodenteil 26 befestigt ist.
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In die Ausguß-Verlängerung 24 ist ein Ringkörper 30 aus einem elektrischen
Isoliermaterial eingesetzt, und um den Ringkörper 30 sind wendelartig zahlreiche
Windungen
einer elektrischen Leitung 32 herumgelegt, die mit einer
elektrischen Stromquelle verbunden ist, Wenn die Windungen der Leitung 32 an Spannung
gelegt werden, atellen sie auf bekannte Weise eine Magnetspule dar, die ein elektromagnetisches
Feld erzeugt, welches eine Anziehungskraft auf einen die Windungen durchsetzenden
eisenhaltigen Körper, wie die Metallschmelze, auszuüben vermag. Es können aber auch
andere bekannte Vorrichtungen angewandt werden, die ein derartiges Peld zu erzeugen
vermögen.
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Die Metallschmelze wird kontinuierlich über den Durchgang 19 und eine
im Bodenteil 26 vorgesehene Öffnung 27 in Porm eines vergleichaweise kleinen Strahls
8 der Metallschmelze ausgetragen und sammelt sich in einer Form, beispielsweise
im dargestellten kontinierlich arbeitende Rüttel-Gießzylinder 17 an, um ein teilweise
erhärteten Gußstück 20 zu bilden. Der Rüttel-Gießzylinder ist mit Kühlschlangen
22 versehen, welch die Aushärtung der Metallschmelze auf die beim kontinierlichen
Gießen bekannte Weise regulieren.
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Bei der Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Metallschmelze aus der Gießpfanne 14 durch Öffnen des Stopfens
16 im Boden der Gießpfanne in den Gieß- bzw. Zwischentrichter 2 eingeleitet. Sobald
der am Boden des Gießtrichters vorgesehen.
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Durchgang 19 durch eine Säule C der Metallschmelze verschlossen worden
ist, wird die Unterdruck-Pumpezingeschaltet, um die Entgasungskammer zu evakuieren,
Eine Bedienungsperson beobachtet das Innere des Gießtrichters 2 durch das Sichtrohr
12 und steuert den Stopfen 16 entsprechend, um die Metallschmelze im Gießtrichter
auf der gewünschten Füllhöhe zu halten.
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Um das Metall an eines Bretarren im Durchgang 19 zu hindern und die
Stabilität der für das kontinuierliche Gießen w2nschenswerten Durchsatzmenge des
Metallschmelzen-Strahls S zu gewährleisten, muß die Metallschmelze in kontinuierlichem,
vorzugsweise gleichmäßigem lluß durch den Durchgang fließen. Die Schwerkraft wirkt
auf das im Gießtriohter 2 befindlich Metall ein und erzeugt einen ferrostatischen
Staudruok, aufgrund dessen die Metallschmelze bestrebt ist, abwärts durch den Durchgang
zu fließen.
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Gleichzeitig erzeugt das Druckgefälle zwischen der Außenluft und
dem evakuierten Inneren des Gießtrichters 2 einen Vakuum-Staudruck, welcher auf
das Metall na Auslaß der Ausguß-Verlängerung 24 einwirkt und danach trachtet, die
Metallschmelse aufwärte zu drücken. Wenn die Metallschmelse über den Durchgang 19
aus dem Gießtrichter 2 herausfließen soll, nuß ersichtlicherweise die auf die Metallsclaelse
einwirkende Gesamt-Abwärtskraft größer sein als die durch den Vakuum-Staudruck erzeugte
Aufwärtskraft. Bisher wurde der Abwärtestrom dadurch Ausbildung einer terrostatischen
Standruckhöhe von etwa 1,5 - 2,2 m gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird dagegen ein ferrostatischer Staudruck von typischerweise
weniger als etwa 457 -610 mm Höhe, gemessen vom unteren Ende des Durchgangs, mit
einem abwärts wirkenden, durch die Windungen der Leitung 32 erzeigten elektromagnetischen
Druck kombiniert, um die Metallschmelze aus dem Hohlraum des Gießtrichters 2 herauszudrücken.
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Die genaue Größe des erforderlichen elektromagnetischen Drucks schwankt
und hängt u.a. vom ferrostatischen Staudruck im Inneren des Gießtrichters 2, dem
durch das Druckgefälle zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gießtrichters 2
erzeugten Vakuum-Staudruck sowie den Reibungs- und anderen Kräften ab, die zur Hervorbringung
eines
Metallschmelzen-Flusses im Trichter-Ausguß 18-und in der Ausguß-Verlängerung 24
erforderlich sind, Gemäß Pig. 3 steigt der ferrostatische Staudruck (po) im Gießtrichter
2 beim anfänglichen Eingießen der Metallschmelze in den Gießtrichter sehr schnell
an, bie die Metallschmelze die vorbestimmte Füllhöhe erreicht, auf welcher sie gehalten
werden soll. Im Augenblick tp der erstmaligen Betätigung der Unterdruck-Pumpe kann
der ferrostatische Staudruck P so groß sein, daß ohne Notwendigkeit für eine abwärts
gen richtete elektromagnetische Kraft ein Abwärtsfluß h.rvorgebracht wird. Wenn
der Gießtrichter 2 dann evakuiert wird und der Vakuum-Staudruck (P) ansteigt, muß
in den Windung gen der Leitung 32 ein elektromagnetischer Druck (P) induziert werden,
damit die gesamte Abwärtskraft (PT) groß genug ist, um die Metallschmelze mit der
gewünschten Durohsatzgesohwindigkeit aus dem Gießtriohter auszutreiben.
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Wenn der Vakuum-Staudruck PV wesentlich größer ist als der ferrostatische
Staudruck Pp, wird während des größten Teile des Gießvorgangs der abwärts gerichtete
elektromagnetische Druck PE nicht nur zur Gewährleistung der Abwärteströmung, sondern
auch dazu benätigt, den Vakuum-Staudruck PV daran zu hindern, die Metallschmelze
wieder in den Gießtrichter zurückzudrücken und hierbei die Unterdruckabdichtung
im Durchgang zu zerstören. Gemäß Fig. 3 nuß mithin die gesamte Abwärtskraft (PT),
d.h. die Summe (PF+PE) aus der elektromagnetischen Kraft und dem ferrostatischen
Staudruck, jederzeit größer sein als der Vakuum-Staudruck(PV).
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Wie erwähnt, steuert eine Bedienungsperson den Stopfen 16, um die
Metallschmelze im Gießtrichter auf der gewünschten Füllhöhe zu halten, bei welcher
derferrostatische Staudruck Pp wesentlich kleiner ist als der Vakuum-Staudruck PV.
Die für einen kontinuierlichen und gleichmäßigen Metallschmelzenfluß erforderliche
elektromagnetische
Anziehungskraft wird entweder automatisch oder
durch eine zweite Bedienungsperson geregelt, beispielsweise durch den Arbeiter,
der normalerweise die Geschwindigkeit steuert, mit welcher das kontinuierlich gegossene
Gußstück aus dem Rüttel-Gießzylinder 17 herausgenommen wird.
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Wenn die den Stopfen 16 steuernde Bedienungsperson feststellt, daß
der Rest der in der Gießpfanne 14 enthaltenen Metallschmelze in den evakuierten
Gießtrichter 2 geflossen und vollständig entgast worden ist, wird die Unterdruck-Pumpe
ausgeschaltet und ein Ventil an der Seite des Gießtrichters 2 geöffnet, ua den im
Gießtrichter herrschenden Druck auf Atmosphärendruck zu erhöhen. Die zweite Bedienungsperson
läßt weiterhin eine solche elektromagnetische Anziehungskraft einwirken, wie sie
erforderlich ist, um die gesamte Metallschmelze aus dem Gießtrichter 2 herauszufördern.
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Mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist es
erstmalig möglich, sowohl einen hohen terrostatischen Staudruck als auch einen gleichmäßigen
Metallschmelzenfluß aufrechtzuerhalten, obgleich der ferrostatische Staudruck des
Metalls ii Inneren des Gießtrichters mit Ausnahme einer kurzen anfänglichen Zeitspanne
stets bedeutend kleiner ist als der Vakuum-Staudruck, Darüberhinaus wird durch das
erfindungsgemäße Verfahren die Menge an nicht entgastem Metall zu Beginn jeder Charge
von einigen Tonnen auf knapp 100 kg herabgesetzt und außerdem eine weitgehend erhöhte
Stabilität der Durchsatzmenge in die Gießform bzw. im Gießzylinder gewährleistet.
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Ersichtlicherweise können bei der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und
2 auch verschiedenartige andere Einrichtungen, zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Drucks angewandt
werden. Beispielsweise könnte eine Anzahl von
getrennt an Spannung legbaren Drähten oder könnten andere elektromagnetische Vorrichtung
in der Ausguß-Verlängerung oder sogar in Verbindung mit dem Rüttel-Gießzylinder
17 angewandt werden. Außerdem können auch Stromstärken-Regeleinrichtungen vorgesehen
sein und in einem gewünschten Verhältnis zur Gießgeschwindigkeit eines Gußstrangs
oder zur Verfestigungsgeschwindigkeit der Metallschmelze betrieben werden.
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Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin ein Verfahren, bei welchem
die in einer Unterdruck-Kammer entgaste Metallschmelze über eine mit der Atmosphärenluft
in Verbindung stehende Austragleitung bzw. -durchgang ausgetragen wird. Der außerhalb
der Kammer herrschende Atmosphärendruck ist wesentlich höher al.s der in der Kammer
herrschende Druck, und dieses Druckgefälle ist bestrebt, die Metallschmelze an einem
Herausfließen aus der Unterdruok-Kammer zu hindern. Zur Gewährleistung eines kontinuierlichen
Metallschmelzenflusses ohne die Notwendigkeit für die Aufrechterhaltung einer großen
Metall-Stauhöhe in der Kammer wird die Metallschmelse in der Leit bmw.
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im Durchgang durch elektromagnetisch induzierte Iräfte beeinflußt,
welche die Metallschmelze aus der einer herausdrücken.
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Selbstverständlich sind dem Fachmann zahlriche Abwandlungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens möglich, ohne daß der Rahmen und der Grundgedanke der Erfindung verlassen
werden.